专利名称：逆向双转子高效发电装置的制作方法
技术领域：
一种使绕线和磁场可同轴逆向转动从而高效发电的新装置，属于电力设备领域。
目前，现有发电设备在结构上均由定子和转子两大主要部件构成，即靠转子转动，使处于变化磁场中的绕线内产生感应电动势，如各种热力、水力、风力、机械传动力和人力发电机，它们一般都是将绕线固定，使磁场旋转，要求有适应较高转速的机械结构，工作过程中电能的转化率不高，能源利用率低，自然资源浪费较大(以水力发电和风力发电最为突出)，同样尺寸和同等定发电能力的情况下，转子必须有较大转速。就以风力发电为例，现有装置仅靠风力带动具有二至四片桨叶的单组旋桨使转子转动，风力大小有变化时，转子转速随之明显变化，致使发电质量(尤其是电压和频率)波动较大，而且更重要的问题是，风能利用率太低，经过旋桨后的和由桨叶间空隙通过的风力无法再利用，使目前风电场中发电装置集群化，数量较多，设备体积较大，低质能源(如风力小、水力小、机械转速较低等)场合利用困难。
本实用新型所提出的方案，目的在于将磁场转子套在绕线转子内，使两者都成为可同轴相对自由转动的转子，使得在外部其它能量的作用下，两转子能相互逆向转动，从而获得较大的磁场与绕线间的相对转动角速度，以更有效地利用其它能源，提高发电能力和发电质量。
本实用新型的目的是通过以下途径得以实现的根据电磁理论和感应生电的基本物理模型，感应电动势U=NSBωSinωt，其中，N为绕线匝数，S为绕线面积，B为磁感应强度，t为工作时间，ω为转动角速度(实际应为磁场和绕线间转动的相对角速度)，本设计将永磁转子套在绕线转子内，且二者可各自进行自由转动，使外部能量的主要部分首先推动永磁转子定向转动；接着，外部能量的其它部分或剩余部分推动该装置的另一个转子——绕线转子，并使之按与永磁转子转向相反的方向同轴转动，这样一来，该装置利用了新型的稀土永磁材料制成的永磁转子，无需励磁且相同体积下成倍地增大了磁感应强度B，更重要的是通过结构上的设计创新，进一步有效利用外部能量，获得绕线与磁场间更大的相对转动角速度，此时的U=NSB(ω1-ω2)Sin(ω1-ω2)t，其中ω1和ω2分别为两转子的绝对转动角速度矢量，即同等发电能力下可降低两转子的绝对转速(仍能保证实际所需的相对转动角速度)，或者说能在较低的绝对转速下满足电力要求，且能提高能量转化率，也有利于机械在实际工作中的平稳、高效运转。具体参见说明书附图，通过左右轴承将现有常规绕线转子(加设了左右端盖，其中一个为带有出轴和滑环的整体端盖)的两端轴嵌套在机壳两端，其中一端有绕线转子的伸出轴，并在该端的机壳与转子之间的轴上设有与绕线对应连接的滑环及碳刷和电能输出线；同时，在该绕线转子内再通过另外两个轴承将现有常规永磁转子的轴同轴地嵌套在绕线转子内，且在机壳外的另一端有永磁转子的伸出轴，相互逆向转动绕线转子出轴和永磁转子出轴，就使之成为一个能量转换装置，将其它形式的能量转化为电能。
与现有技术相比，本实用新型的显著效果是可更充分利用其它能量，增大电能产生量和转化率，并具有其独特的实用特性。如当使用该装置产生的电能(即加入负载)时，设外部动力一定(如风力一定)，由于绕线内有电流，并将随外部负荷的增大而增大，绕线转子上产生的反向磁场加强，两转子同向转动趋势的增强使其相对角速度减小，进而使产生的电能减小，这又使绕线内电流增大趋势和两转子欲同向转动的趋势得到抑制；再如，用电负荷一定而外部动力(如风力)变大时，装置产生电能大，用电系统中电流便增大，相当于增大用电负荷时使系统中电流增大的情况，这同样会导致两转子欲同向转动趋势的增大，其结果又使所产生的电能大小回落到正常值，从而能保护用电设备。所以，当确保两转子同轴逆向转动且永磁转子的动力相对大和绕线转子动力源允许有弹性变化的条件下，用电负荷变化或外部动力变化时，该装置具有自我调节与保护功能，使之比现有装置工作得更平稳、可靠和高效。如果外部动力是非流体提供，如硬性机械传递，则更由于其低速，使该装置能以保证发电能力前提下，在机械结构上满足平稳工作的要求，并可有效利用低质能源。
以下结合附图进一步说明如下。
说明书附图是本实用新型的基本结构图，它是由1、外壳桶体；2、外壳端盖(左右各一)；3、带轴的绕线转子端盖；4、绕线出线；5、滑环及碳刷组件；6、绕线转子出轴(与带轴的绕线转子端盖3是一体的)；7、永磁转子出轴；8、绕线转子端盖；9、永磁转子体；10、绕线；11、绕线转子桶体；12、硅钢片；13、输电线，以及图中画出且未标号的绕线转子两端的轴承、永磁转子两端的轴承和紧固螺栓组成。
图中，外壳桶体(1)上带散热片并开设手孔及输电线(13)的出孔，用以散热、调整碳刷和方便与外部用电系统连接；带轴的绕线转子端盖(3)和另一绕线转子端盖(8)上各有三至五个较大的结构孔，用以通风散热、降低绕线转子的重量和绕组导线引出；滑环及碳刷组件(5)为现有常规形式，即滑环固定排列在绕线转子的轴上，随绕线转子转动，碳刷固定在与滑环相应的外壳桶体(1)的内壁上，以现有常规结构方式分别保持与各相应滑环的滑动接触，产生的电能即由碳刷相连的导线输出，附图中仅按三相线简画，碳刷组件部分有省略；图中还表明了两个出轴的转向须保证相反(下文亦有应用说明，请参见)；绕线转子桶体(11)和常规结构的硅钢片(12)相固定，二者为一体，并为常规绕线方式；外壳桶体(1)与两外壳端盖(2)之间、带轴的绕线转子端盖(3)及另一绕线转子端盖(8)与绕线转子桶体(11)之间均周圈用螺栓固定连接(图中简略画出)；永磁转子体(9)为现有常规结构且与其轴固定成一体。
参照以上的
，该设计的应用方法是多种多样的，可实施开发设计，能量来源可以是热力、水力、风力、机械传动力或人力。以风力发电为例，用旋向相反且前后平行的两组旋桨(一组桨叶为左旋，另一组为右旋)分别带动该装置的两个转子，同时，在该装置下部架设一定高度的支架及可水平方向180度自由转动的转轴和风向舵，并使永磁转子旋桨始终最先正面迎风，当风力较大时，前面的永磁转子旋桨转速较高，由于它的阻挡，使后面与之平行的绕线转子旋桨获得的风力较小，用电系统负荷一定情况下，如发电量超过设计值，后面的绕线转子及其旋桨将增大与永磁转子及其旋桨的同向转动趋势，并可能达到同向而不同速的转动，使系统中电流回落并稳定在一定值(不至超过设计值)；当风力较小时，前面的绕线转子及其旋桨转速较低，后面的绕线转子旋桨会充分利用未被前一组旋桨所利用的风力，反向转动，保证在风力较小的情况下能减小发电质量的波动，从而适应风力较小的场合。同等发电能力下，该装置体积更小，装卸和维护方便，并可根据绕线方式的不同，产生三相或单相交流电，也可产生直流电，作为草原、偏远山区、海岛、乡村别墅、温室种植等的电力来源，再例如，应用作机动车辆上的发电机时，将机动车辆发动机的部分机械动力分别带动该装置的两个出轴，并使其永磁转子和绕线转子互为逆向旋转，便可在现有发动机转速的条件下(而不是靠加大发动机转速或增大发电机尺寸等不利方法)达到产生更大电能的目的，解决尤其是功能用车上发电机能力不够的问题。据此，更可将该装置应用于多种场合。
权利要求一种发电装置，其绕线及绕组结构、永磁转子体及电能的输出线路连接方式均为现有常规结构形式，其特征是将现有同类装置原绕线定子和永磁转子均设计成内外相套的转子，整体的且一端有出轴的永磁转子通过两端轴承同轴心地套在绕线转子内；两端加有端盖的绕线转子一端有出轴，有固定于该轴上且分别与绕组相连的滑环，将绕线转子设计为两端设有轴承的转桶形式；两转子可同轴且各自独立地自由转动；通过这两个转子各自的出轴，使外部动力可分别带动永磁转子和绕线转子进行同轴心逆向转动，以它们各自较小的绝对转速获得其实际较大的相对转速，并将由此产生的电能经位于绕线转子轴上常规结构的滑环和碳刷组件，最后，通过导线引出，供用电系统用作电源。
专利摘要一种逆向双转子高效发电装置,是在现有稀土永磁转子结构和常规定子绕线方式基础上,将绕线定子设计成转子形式,并使套在其内部的永磁转子二者可同轴自由转动,由外部能量分别带动两转子作同轴逆向旋转,有效利用各种外部能源,以较低的绝对转速,获得较高的磁场与绕线间相对转速,从而高效发电。
文档编号H02K16/00GK2416661SQ9920962
公开日2001年1月24日 申请日期1999年5月29日 优先权日1999年5月29日
发明者郭双庆, 李桂芳, 郭方春 申请人:郭宁